1. מבנית מתוקשבת לחקר התפיסה המרחבית של מופעי הירח: יישום עקרונות עיצוב לויזואליזציה מדעית וללמידה סוציו-קונסטרוקטיביסטית מיטל הנס, המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים, הטכניון דר' יעל קלי, המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים, הטכניון דר' יואב יאיר, המחלקה למדעי הטבע והחיים, האוניברסיטה הפתוחה

2. רציונל הבנת התופעות האסטרונומיות דורשת מיומנויות קוגניטיביות גבוהות ותפיסה מרחבית. מחקרים מראים שתלמידים מתקשים בהבנת תופעות אסטרונומיות (לדוגמא: Atwood & Atwood, 1996; Nussbaum & Novak, 1976; Trumper, 2006 ) פותחו עזרים פיזיים ומממוחשבים, חלקם נבחנו על-ידי מחקרים (לדוגמא: מועלם ונוסבוים, 2002; פונדק, 1999; שור, 1998; Barab et al, 2000; Gazit, Yair & Chen, 2005; Hansen et al., 2004 ) ישנם מספר נושאים בהוראת אסטרונומיה הדורשים מחקר נוסף.

3. רציונל (המשך) פיתחנו מבנית מתוקשבת להוראת מופעי הירח לתלמידי חטיבת ביניים (WISE- Web-based Inquiry Science Environment).מבנית מתוקשבת העיצוב הפדגוגי מתבסס על:  סינתזה של הידע המחקרי שהצטבר עד כה  עקרונות עיצוב ללמידה סוציו-קונסטרוקטיביסטית וויזואליזציה מדעית לפיתוח סביבות למידה מבוססות מחשב (http://www.design-principles.org).http://www.design-principles.org

4. רציונל (המשך) פיתחנו מבנית מתוקשבת להוראת מופעי הירח לתלמידי חטיבת ביניים (WISE- Web-based Inquiry Science Environment).מבנית מתוקשבת העיצוב הפדגוגי מתבסס על:  סינתזה של הידע המחקרי שהצטבר עד כה  עקרונות עיצוב ללמידה סוציו-קונסטרוקטיביסטית וויזואליזציה מדעית לפיתוח סביבות למידה מבוססות מחשב (http://www.design-principles.org).http://www.design-principles.org מטרת המחקר: לבחון את היכולות המרחביות שתלמידי חטיבת ביניים מפתחים בהקשר של תופעת מופעי הירח כתוצאה מאינטראקציה עם המבנית שפיתחנו.

5. דוגמא לשאלה הבוחנת תפיסה מרחבית בקשר לתופעת מופעי הירח נתון מבט מהחלל על המערכת של שלושת הגופים: שמש, כדור-הארץ, ירח. הירח באיור מתואר בחמישה מקומות שונים המסומנים בספרות 1, 2, 3, 4, 5. 4 קרני אור השמש כדור-הארץ 1 3 5 2 נתונות שבע תמונות המתארות מופעים שונים של הירח, כפי שנראים מכדור-הארץ. המופעים מסומנים באותיות א,ב,ג,ד,ה,ו,ז. התאימו לכל אחד מהמיקומים של הירח (1 עד 5) מופע ירח מבין שבעת המופעים א' עד ז'.

6. כלי המחקר משתתפיםכלי מחקר תלמידים מתנדבים תלמידי כיתה שאלון תפיסה מרחבית של תופעת מופעי הירחכמותי שאלון משוב רפלקטיביאיכותני תשובות התלמידים למשימות במבניתאיכותני תצפיותאיכותני (חלק) ראיונות רפלקטיבייםאיכותני הקלטות וידאו בזמן הלמידהאיכותני

7. כלי המחקר משתתפיםכלי מחקר תלמידים מתנדבים תלמידי כיתה שאלון תפיסה מרחבית של תופעת מופעי הירחכמותי שאלון משוב רפלקטיביאיכותני תשובות התלמידים למשימות במבניתאיכותני תצפיותאיכותני (חלק) ראיונות רפלקטיבייםאיכותני הקלטות וידאו בזמן הלמידהאיכותני ממצאים לגבי השפעת המבנית כולה ממצאים לגבי השפעת עקרונות העיצוב ומרכיבי המבנית על תהליך הלמידה

8. ממצאים: השפעת המבנית כולה על ההבנה (כמותי) השוואה בין שאלון מקדים ומסכם : נתונים של 20 תלמידים מתוך 27 תלמידים שלמדו במסגרת כיתתית זריחה ושקיעה של הירח זריחה ושקיעה של השמשתנועות סיבוביותהירח גוף מוארזריחה ושקיעה של הירחמופעי הירח אוריינטציה של איור

9. ממצאים: השפעת עקרונות העיצוב ומרכיבים במבנית על תהליך הלמידה (איכותני) עיקרון עיצוב: יש להציג באופן ויזואלי נתונים שנאספו ע"י התלמידים מרכיב במבנית: פעילות לריכוז התצפיות בלוח חודשי הלוח החודשי לריכוז תוצאות התצפיות במופעי הירח עוזר לתלמידים לזהות חוקיות ברצף מופעי הירח וטעויות בציור המופע אותו הם ראו.

10. עיקרון הרלוונטיות עודד את התלמידים לבצע את המשימות וקרב אותם לנושא. עיקרון עיצוב: יש לקשור את הנושא לדוגמאות רלוונטיות אישיות מרכיבים במבנית: פעילות לחקר מופע ירח מסוים על רקע סיפור פעילות לחקר לוחות השנה באמצעות תאריך יום ההולדת ממצאים: השפעת עקרונות העיצוב ומרכיבים במבנית על תהליך הלמידה (איכותני)

11. עיקרון עיצוב: יש לספק עזרים ויזואליים על-מנת לעזור לתלמידים להבין תופעות תלת ממדיות מרכיב במבנית: שילוב בין מודל פיזי למודל ממוחשב המודל הפיזי והמודל הממוחשב, בשילוב ההנחיות התומכות, משלימים זה את זה ("המודל הפיזי עזר לי להבין את העניין עם הצד המואר של הירח"; "המודל הממוחשב עזר ממש להבין את מערכת הסיבובים"; "הנקודות למחשבה מסכמות את הכל וזה מלמד אותך איך להסביר את עצמך") ממצאים: השפעת עקרונות העיצוב ומרכיבים במבנית על תהליך הלמידה (איכותני)

12. עיקרון עיצוב: יש לספק עזרים ויזואליים על-מנת לעזור לתלמידים להבין תופעות תלת ממדיות מרכיב במבנית: פעילות לסיכום החקר של מופע ירח אחד המשימה בשילוב ההנחיות התומכות עוזרת לתלמידים לקשר בין המופע הנראה מכדור הארץ לבין המיקום היחסי של השמש, כדור הארץ והירח ממצאים: השפעת עקרונות העיצוב ומרכיבים במבנית על תהליך הלמידה (איכותני)

13. עיקרון עיצוב: יש לתת ללומדים לשמש מומחים המלמדים את עמיתיהם מרכיב במבנית: פעילות כיתתית בה כל קבוצה מסבירה לכיתה את המופע שהיא חקרה הפעילות מאפשרת הזדמנויות להעמיק את החשיבה ומקדמת את ההבנה של הנושא. (דרכים יצירתיות; היבטים של התופעה; שיתוף בקבוצות גדולות; הרחבת הדיון) ממצאים: השפעת עקרונות העיצוב ומרכיבים במבנית על תהליך הלמידה (איכותני)

14. עיקרון עיצוב: יש לספק כלים לארגון וייצוג הידע מרכיב במבנית: פעילות לבניית אנימציה של רצף מופעי הירח ממופעים בודדים הכלי לארגון וייצוג הידע עוזר לתלמידים לקשור פיסות ידע שרכשו קודם, וכן לבחון נקודות שלא הפנימו קודם לכן (כיוון הסיבוב; כיוון המופע) ("היינו צריכים לחשוב, להבין, לסמן"; "היה צריך לחשוב וזה מאד עזר"; "כי מה זה התווכחנו"; "עזר לי להבין את צד ימין ושמאל"). ממצאים: השפעת עקרונות העיצוב ומרכיבים במבנית על תהליך הלמידה (איכותני)

15. ממצאים מאתגרים: תלמידים מתקשים להסביר במילים את התופעה כפי שהם תופסים אותה מבחינה מרחבית. ("צורתו של הירח משתנה בגלל שהצד הבהיר(אנחנו) מסתובבים ורואים את הירח בצורה אחרת") תלמידים מתקשים להבין את התופעה של זריחה ושקיעה של הירח: – להבין את העובדה שהירח זורח ושוקע – להבין מדוע הירח זורח ושוקע כל יום בשעה אחרת. הממדים והמרחקים העצומים יוצרים קושי למורה תפקיד מורכב: – תמיכה בביצוע משא ומתן על ההבנה – פתיחה וסיכום לכל שיעור

16. ממצאים: השפעת עקרונות העיצוב ומרכיבים במבנית על תהליך הלמידה (איכותני) ממצאים מאתגרים: תלמידים מתקשים להסביר במילים את התופעה כפי שהם תופסים אותה מבחינה מרחבית. ("צורתו של הירח משתנה בגלל שהצד הבהיר(אנחנו) מסתובבים ורואים את הירח בצורה אחרת") תלמידים מתקשים להבין את התופעה של זריחה ושקיעה של הירח: – להבין את העובדה שהירח זורח ושוקע – להבין מדוע הירח זורח ושוקע כל יום בשעה אחרת. הממדים והמרחקים העצומים יוצרים קושי למורה תפקיד מורכב: – תמיכה בביצוע משא ומתן על ההבנה – פתיחה וסיכום לכל שיעור מסקנות לגבי עיצוב

17. מה הלאה? (הסקת מסקנות ושיפור המבנית באמצעות מחקר עיצוב) מבוסס על: רונן-פורמן וקלי, צ'ייס 2007 לוין-פלד, קלי ודורי, צ'ייס 2008 סמססטר א' תשס"ח סמססטר ב' תשס"ח איטרציה 1 סמססטר ב' תשס"ז איטרציה 2 איטרציה 3 הפעלת המבנית איסוף נתונים ניתוח הנתונים 1. תהליך הלמידה פיתוח תפיסה מרחבית של מופעי הירח 2. עיצוב המבנית (מאשרים,מאתגרים) איך לעצב לאיטרציה הבאה הסקת מסקנות לגבי